騰訊多媒體標準組總監Stephan Wenger：剖析5G技術及背後的標準化組織

導語 | 2019年9月7日，騰訊技術開放日·5G多媒體專場在騰訊濱海大廈完美落幕。來自騰訊多媒體實驗室的專家們給你們帶來了關於5G技術和標準的精彩分享，揭開了許多關於5G的謎團。本文由騰訊多媒體標準組總監&5G專家Stephan Wenger爲你們重點解釋了關於5G的應用層技術特色，並深刻討論5G所帶來的新興技術領域，以及5G國際標準的生態系統和各類相關標準制定組織與專有技術之間的界限。

做者簡介

Stephan Wenger 騰訊多媒體標準組總監&5G專家

Stephan Wenger 博士2018年初加入騰訊美國公司，擔任知識產權與標準的高級總監。加入騰訊前，曾任Vidyo公司只是產權與標準的副總裁、及諾基亞知識產權部門和研究中心。他還曾幫助創辦了多家多媒體編碼領域公司。Wenger博士得到德國柏林理工大學計算機本科和博士學位，目前已擁有超過40項專利。

1、5G是什麼？

首先讓你們5G有一個最簡單的瞭解——移動通信到如今經歷了五代，具體哪五代呢？

第一代，1G，從1980年開始；

第二代，2G，新增了文本短信的一些功能；

第三代，3G，是2000年左右，能夠看網上衝浪、郵件、網頁瀏覽等；

第四代，4G，從2010年後，也是如今用得最多的一代，能夠上網看視頻、玩遊戲等等；

那麼5G呢？5G標準是智能網絡，是「無限鏈接」，能夠隨時隨地實現物物鏈接.

從定義上來看，5G到底是什麼呢？

（1）狹義定義

無線電技術+有限的核心/系統支持；提升IP數據包流的服務質量；

（2）廣義定義

無線電技術+有限的核心/系統支持。大量設備-物聯網，設備將會更安全、低功耗搜索、通訊和更新；5G適用於高分辨率視頻高寬帶體驗，好比4K、8K之後新興媒體的體驗，支持高分辨率的視頻體驗在5G標準制定中屬於第二個優先級。

總的來講5G普及後，支持高分辨率視頻的體驗將做爲5G標準的重要指標；車到車之間爲例的各類實體之間的鏈接，新的網絡拓撲結構。如今的網絡是端到端，像車到車之間的關聯須要更可靠的空間，如今傳統網絡拓撲是不可行的，咱們須要一個新的並且更加可靠性網絡拓撲支持；好比5G網絡承諾的低於1毫秒的超低延遲。這將會在新興工業製做，特別是遊戲，將會產生很大的做用。

5G生態重要的內容包括有：硬件芯片的製做、軟件和標準的制定。騰訊多媒體實驗室目前專一於5G下的物聯網、高分辨率視頻體驗、車到車之間和其餘超低延遲業務。

2、5G：一種基於IP的應用驅動的移動通訊方法

1. 5G的應用和驅動力

5G應該從如下三個維度理解。

第一個是高寬帶，你們可能對5G的最高理解是有了5G後帶寬就高了。

第二個是多鏈接，5G不止高寬帶，仍是多鏈接，之後手中的智能家居、智能手錶等都起到物物鏈接的特性。

第三個，可靠性、低延時。可靠性，可用於一些重要的應用產品，好比無人駕駛，可靠性比較很高。低延遲，紅色圈注的是騰訊目前重點關注的領域（見PPT），8K、AR/VR、自動駕駛、物聯網、IoT，對低延遲有很高的要求，這是5G標準給咱們帶來的新特性舉例。

2. 5G標準制定在ISO/OSI網絡協議層的體現

下圖中，左邊是ISO網絡定義的七層：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。5G標準制定活動主要是在第三代合做夥伴3GPP裏。（維基百科：3GPP，第三代合做夥伴計劃是一個成立於1998年12月的標準化機構。當前其成員包括歐洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、中國的CCSA、韓國的TTA、北美洲的ATIS和印度的電信標準開發協會。 3GPP的對於5G的目標是在國際電信聯盟的IMT-2020計劃範圍內制訂和實現全球性的移動電話系統規範。）

這是從上往下說，3GPP在應用層是份量最小的。咱們身邊接觸的全部計算機網絡協議都是在IETF裏制定的。在ISO中，3GPP 5G標準在應用層佔的份額不多；在Transport 層中3GPP佔很大份量。往下是數據鏈路層、物理層。 IEEE則會制定一些物理層5G標準協議。（後面會有簡要介紹都是有哪些協議）。IETF和3GPP合做共同完成5G在傳輸層一些協議制定；騰訊參與5G制定和IETF、3GPP的一些活動包括網絡層、傳輸層，應用層中包括對動態圖像、數據壓縮、圖像壓縮的應用。

3、5G 物理層和鏈路層簡介

1. 5G發信號的天線是怎麼樣的？

下圖中，左邊展現了從4G LTE到5G過渡時的天線展現，在5G網絡鋪設環境下，天線可能會指向一個特殊的角度和保證全方面無死角的網絡覆蓋。右邊顯示一種純5G的發射盒子，他們的體積可能會小。右邊下面小的芯片是5G發射的芯片一個圖例。

下面會講講5G創新的技術，好比大規模天線陣列和毫米波。

1. 5G網絡底層系統架構

以下圖所示，五種5G創新技術包括：大規模多入多出；全雙工，實現消費者內容共享；毫米波；用於頻譜效率波束成形技術；蜂巢式基站。

5G時代不僅是高帶寬。其餘技術點，好比大規模多入多出。5G天線有不少發射和接收，不像以前4G很單向。還有支持全雙工，5G體如今上傳能力會增強，對於一些應用，好比視頻會議，須要很高的上傳能力，包括文件傳輸，5G會很大的提升。毫米波，是它的缺點也是它的優勢，缺點是它的穿透力不好，優勢就是具備很好的方向性。 波束成形技術，這是5G的驅動力，能夠容許你們多設備鏈接，是5G的新增技術。蜂巢式基站，傳統4G或者4G LTE是方圓幾千米有一個基站，5G的基站相鄰會相對近不少。

4、5G標準制定相關組織

5G標準是根據ITU-T、ITU-R的國際標準組織（代碼MT2020)。5G標準的制定主要在3GPP裏。3GPP有三個組織：SA、CT、RAN。3GPP制定5G時跟也會其餘的國際組織有合做好比IETF，儘可能利用現有技術來實現5G的一些特性。

上圖左邊看是MPEG，負責多媒體，在視頻壓縮、視頻傳輸的標準制定，這塊多媒體實驗室投入的人力和資源很是大，產出也很是出色。另一個是CODEC，是3GPP跟ITU-T共同合做的。網絡協議在5G中的應用好比SIP、SDP主要跟IETF合做。

IETF是互聯網工程任務組，以前一些互聯網協議都是IETF制定的。跟5G相關的還有會話描述協議、RTP實時傳輸協議，這幾塊協議將在5G扮演很重要的角色，並且這些是在IETF裏制定的，將會在往後5G定義時起到很好的IP包傳輸協議做用。還有其餘的，包括移動IP技術、路由協議、安全等IP Prtocols協議也會在3GPP裏被討論，放入5G標準組織裏。

1.國際電信聯盟

國際電信聯盟ITU（簡稱國際電聯）成立於1865年。 它的宗旨在於提升國際通訊網絡的標準化。國際電聯標準化部門(ITU-T) 和無線電通訊部門(ITU-R)對5G標準制定過程起到了關鍵的做用。

（1）ITU-T和ITU-R在制定IMT-2020時有四個階段

2012年3GPP剛開始有對於5G的設想，一直到如今2020年，參會人員大概600多人，包括華爲和高通。他們如今爲了完成2020年5G標準制定的節點，也在很緊張的進行最後的標準制定。

（2）5G標準在設想時一直到今天5G到底實現了哪些技術點？

千兆（G）級峯值速率、提升流量的密度、相對4G來下降能耗、百兆級用戶體驗速率可達1Gbps、相對4G來講提升頻譜效率、移動性能高達幾千米/小時、毫秒級超低延遲、支持超高連接設備數量。

當時承諾的是100兆微秒，如今最多能夠達到1G，因此已經實現了；提升頻譜效率也實現了；支持移動性能高達幾千米/小時，之後在高鐵上手機上網、用網絡都沒有問題；超低延遲，原來計劃10毫秒到1毫秒，在某些區域已經實現了1毫秒的延遲；支持高連接設備數量，當時設想的是1平方千米支持100萬的鏈接設備，現實中已經遠遠超過了原本的設想，超過100萬每平方千米；對於4G下降能耗，已經徹底作到；提升流量密度，當時設想的是每平方米有10兆的流量，已經實現而且遠遠超過；峯值，最高用戶能夠體驗到峯值率是20，在某些地方已經實現，但大部分地區尚未實現。5G的標準制定是從4G LTE的延續，純5G將在2020年實現。

3GPP標準的實現是根據不一樣的發佈，2017年綠色部分是第一代5G，是LTE的延伸，如今是16，一直到2020年完成最後的標準制定。

2.第三代合做夥伴計劃

3GPP標準組織中有三個主要組成部分： RAN, SA, CT. RAN是無線電標準的制定，這塊是5G的核心；SA是服務和系統方面的標準制定；CT是核心網絡。SA系統架構這塊，咱們實驗室在SA二、SA四、AS6都有緊密的合做。SA2主要是定義了軟件應用在5G上的標準制定，系統架構等等；SA4主要是跟多媒體相關，包括多媒體視頻壓縮的編解碼、多媒體傳輸系統的制定。好比咱們想在5G下怎樣用微信作視頻會議、用微信傳輸一些文件等等，這些不少協議標準制定就在SA4裏作的；SA6主要是作須要可靠性、依賴性強的，好比如今有些地震，須要在這種狀況發生下，如何用5G網絡不間斷的發送求救信號等等服務。

3.第互聯網工程任務組

（1）什麼是IETF？IETF在5G裏起什麼做用

IETF組織跟其餘組織不太同樣，它相信大體共識，就是會場裏不是全部人都贊成，大部分人贊成就能夠，並且你所提出的提案必須大部分有代碼支持，有必定的實現才能夠，它沒有會員資格，我的參與爲主，大部分是公司贊助、學術資助等等。5G主要是在3GPP裏制定，核心的部分CT和SA跟IETF有緊密合做。

（2） IETF的工做性質與3GPP相似

每次大約有1000～1500的參會者，6000多種郵件工做組列表。截至2019年：涉及7個網絡相關的技術領域和100多個工做組，不少組達到幾百人。IETF有一個特性，IETF正式開會前兩天會有一些編碼比賽，尊重標準實現和代碼的可用性。

（3）IETF 5G Key Technologies

在5G制定過程當中，IETF繼續使用傳統技術，好比IPv六、HTTP，HTTP/二、身份驗證/可擴展的身份驗證協議、移動IP。IETF中與5G相關的技術領域：REST-based的網絡API、路由協議，其中包括肯定性網絡；IP多媒體子系統技術（會話初始協議/實時傳輸協議）。IETF革命性的技術研究方向包括QUIC、軟件定義網絡，信息中心網絡等也將會在5G標準制定的考慮範圍內。

4.媒體編解碼組織

（1）動態圖像專家組

MPEG每次大概會有約600名活躍參會人員。它是一個與其餘標準制定組織（JVET）的聯合活動；涉及的領域有：音頻、平面視頻（包括EVC，WC）；沉浸式媒體；系統層，文件格式（ISO-MBFF）、應用程序格式（CMAF，OMAF）、系統設計（NBMP）；非媒體壓縮）。

5、騰訊多媒體實驗室5G標準相關項目

1. 前沿創新多媒體

視頻流量一定佔據愈來愈多的網絡帶寬，超高分辨率（好比4K，8K），超高幀速率（50/60Hz，100/120Hz），超高顏色深度；但無論網絡技術多麼高速發展，高質量視頻壓縮愈來愈是一個不可缺乏的技術；前沿多媒體體技術和5G時代下的創新媒體技術將會在後面的分享中分開來說。

1. Real-time Media over QUIC

將RTP移到網絡堆棧中的QUIC上方實現：1）安全，更加可靠的傳輸（更好地源/信道編碼優化）；2）防火牆/網絡地址轉換的優化；3）合做式網絡（大型QUIC部署）；將與媒體相關的優化工做轉移到第三方服務提供商，脫離對運營商的技術依靠。

1. PTP Payload Format for VVC/EVC

同時騰訊多媒體實驗室的VVC/EVC重視源編碼的相關開發項目；同時負責在IETF中RTP VVC負載格式的撰寫和實現。咱們認識到VVC/EVC將是實時通訊場景中一種必須的視頻壓縮技術，適合早期使用對象，將會具備很高的市場需求。